El uso enzimas exógenas en la
alimentación del ganado.
Conceptos y aplicaciones
El uso enzimas exógenas en la
alimentación del ganado.
Conceptos y aplicaciones
José Fabio Alpízar-Bonilla.19 y 20 de setiembre. 2018
José Fabio Alpízar-Bonilla.19 y 20 de setiembre. 2018
Enzimas en la alimentación de Rumiantes
➢ El uso de las enzimas en la producción animal
muestran un gran potencial para mejorar la eficiencia y
minimizar el desperdicio de nutrientes.
➢ En los rumiantes el “proceso digestivo” es más
complejo. Sin embargo, existe un gran interés para
mejorar la eficiencia en el uso del material fibroso
(polisacáridos) y los almidones.
Enzimas en rumiantes
➢ La digestión eficiente de ingredientes complejos, como
los componentes fibrosos y los carbohidratos de una
dieta para rumiantes, requieren de aquellas que:
degradan la pared celular, tales como la celulasa y la
hemicelulasa, para generar energía, a través de los
ácidos grasos volátiles (AGV´s).
Microorganismos con actividad
celulolítica
Hongos de descomposición blanda
Hongos de descomposición café
Coniophora puteana; Lanzites trabeum; Poria placenta; Tyromyces palustric; Fomitopsis sp.
Hongos de descomposición blanca
Bacterias aeróbicas
Bacterias anaeróbicas
Actinomicetos Cellulomonas fimi; C. bioazotea; C. uda; Streptomyces drozdowiczii; S. lividans; Thermomonospora fusca; T. curvata.
Hongos
Bacterias
Aspergillus niger; A. nidulans; A. Oryzae; A. terreus; Fusarium solani; F. oxysporum; Humicola isolens; H. grisea;
Melanocarpus albomyces; Penicillium brasilianum; P. accitanis; P. decumbans; Trichoderma reesei; T.
longibrachiatum; T. harzianum; Chaetomium cellulyticum; C. thermophilum; Neurospora crassa; P. fumigosum;
Thermoascus aurantiacus; Mucor circinelloides; P. janthinellum; Paecilomyces inflatus; P. echinulatum; Trichoderma
atroviride.
Phanerochaete chrysosporium; Sporotrichum thermophile; Trametes versicolor; Agaricus arvensis; Pleurotus
osteratus; Phlebia gigantea.
Acetivibrio cellulyticus; Butyrivibrio fibrisolvens; Clostridium thermocellum; C. cellulolyticum; C. acetobutylium; C.
papyrosolvens; Fibrobacter succinogenes; Rumonococcus albus.
Acinetobacter junii; A. amitratus; A. amitratus; Acidothemus cellulolyticus; Anoxybacillus sp.; Bacillus subtilis; B.
pumilus; B. alyloliquefaciens: B. licheniformis; B. circulan; B. flexus; Bacteriodes sp.; Cellulomonas biazotea;
Cellvibrio gilvus; eubacterium cellulosolvens; Geobacillus sp.; Microbispora bispora; Paenibacillus curdlanolyticus;
Pseudomonas cellulosa; Salinivibrio sp.; Rhodothermus marinus.
Chander y Col. 2011
Enzimas en rumiantes
Tres grupos:
I. Celulasa – Xilanasa.
II. β mananasa.
III. α amilasa.
❖ Pectinasa, Gluconasa, Galactosidasa, Lignocelulasa, Mananasa, Ferulosa,
Arabinasa, Acetil estearasa)
Celulosa
Polisacáridos
Pécticos
Xiloglucanos
Lámina
media
Pared
celular
Membrana
plasmárica
Baghbanzadeh B y Col. 2012
Esquema de enlaces β1-4 de la celulasa y α1-4 del
almidón y el glucógeno
Los enlaces β1-4 solo pueden ser digeridos por las enzimas microbianas, mientras que los enlaces α1-4 pueden ser
digeridas tanto por la enzimas microbianas exógenas como endógenas
van Lier E. y Regueiro M. 2008. http://prodanimal.fagro.edu.uy/cursos/AFA/TEORICOS/Repartido-Digestion-en-Reticulo-Rumen.pdf
Estimación de la matriz nutricional de una enzima sobre la mejora
en la digestibilidad, basado en el efecto de la fracción indigestible
del forraje.
Modificado de : Montanhini-Neto, Roberto y col. Adisseo. 2016.
http://www.allaboutfeed.net/Feed-Additives/Articles/2016/9/Reformulating-the-indigestible-fraction-with-enzymes-2870060W/
α F N Domα F N Dom D α F N D omD α F N D om u α FNDomu α FNDomα F N Dom
Potencialmente
Digestible
α F N Dom
Potencialmente
Digestible
Nueva αF N Dom
Digestible
Nueva αF N Dom
Digestible
%%
➢ Pre tratamiento (forrajes / henos).
➢ Ensilajes
➢ Henificación
➢ Ración Total Mezclada (TMR)
➢ Alimentos Balanceados
➢ Rumen
Formas de aplicación de las enzimas en
raciones del ganado
Xilanasa
Celulasa
Xilanasa - Celulasa
➢ Celulosa: Hidroliza pared celular (celobiosa,
celooligosacáridos.
➢ Combinación de Endoglucanasa, Exoglucanasa,
glucosidasa.
➢ Xilanasa: Cataliza los xilanos
• β1-4 Xilanasa.
• D - Xilosídicos
Estructura de arabinoxilanos de cereales & pasturas y enzimas
necesarias para la hidrólisis en el rumen
Annison G. 1997A: Arabinosa, X: Xilosa, G: Ácido Glucorónico, Ac: Acetato, F: Ácido Ferúlico
Arabinofuranosidasa
A A Ac
X X X X X X X X
Xilobiosa Acido Ferúlico estearasa
A A
F
X X F
Ac A
X X X X X X X X
A G A
Acetil estearasa
Glucoronidase
xilanasa
1
2
34
5
6
Principal actividad enzimática sobre la hidrólisis
de la celulosa y los xilanos
Krause y Col. 2003.
Adesogan y Col. 2014
Mecanismo de acción de las enzimas:
Xilanasa y Celulasa.
I. Aumento de bacterias fibrolíticas y no fibrolíticas.
II. Liberación de azúcares reductores, rompen tensión superficial y favorecen la colonización.
Hidrólisisde enlaces celulosa, hemicelulosa y
lignina
Aumento en actividad de
microorganismos
que digieren la fibra.
Enfoque en la Degradación
de FND
Maximizar la energía a partir del
forraje (AGV)
Liberación de azúcares que
atraen y activanla microflora
celulolítica del rumen
Micro fotografía electrónica, 24 horas pos incubación de Fibrobacter succinogenes en
una fibra ,de maíz, muestra la diferencia en el uso de una enzima B vrs A)
Morgavi y col, 2000
Adherencia de bacterias al material vegetal en el rumen
Krause y Col. 2003.
β-mananasas
β-mananasas
➢ Objetivo meta es aumentar la digestibilidad de
materias primas de bajo costo relativo.
❖ Mananos puros
❖ Gluco – mananos
❖ Galacto gluco mananos.
α-amilasas
Digestibilidad de los forrajes
➢ Aún en condiciones óptimas la digestibilidad de
la pared celular del forraje, es menor al 65 %.
➢ La adición de grano puede reducir
digestibilidad a 35 %, dejando grandes
pérdidas de eficiencia en el aprovechamiento
del material fibroso (pastos y forrajes) (Van Soest
1994).
Efecto de la disminución del Almidón dietético (% de MS; panel A) sobre CMS(kg/d; panel A) y la Producción de Leche (kg/d; panel B)
adjusted for the random effect of trial. A) Effect on DMI = 0.52 + (–0.10 × decrease in % starch) + (–0.08 ± 0.79); RMSE = 0.80;P = 0.001; n = 135. B) Effect on milk yield = 0.44 + (–0.19 × decrease in % starch) + (0.00 ± 0.63); RMSE = 0.63;
P < 0.001; n = 135. Strategies for decreasing dietary starch included partial replacement of grain with non-forage fiber source (○), forage (□), or sugar (◊).
Consumo de
Materia Seca
Producción
de Leche
Disminución en almidón dietético
(% MS)
Fredin S. M . 2016
Digestibilidad de la FND y su impacto sobre el
contenido energético de diferentes forrajes.
Zona ForrajeFND
(%)
DIV FND
(%)
TND
(%)
ENL
(Mcal/kg)1
Ryegrass 45.50 73.56 67.74 1.54
Kikuyo 54.60 64.50 60.29 1.36
Estrella Africana 60.20 54.20 63.04 1.42
Mulato 68.00 54.78 56.45 1.26
Brachipará 58.10 54.86 61.25 1.38
Limpograss 70.50 52.30 52.13 1.12
Mombaza 66.60 54.81 58.04 1.30
Ratana 60.60 56.00 59.20 1.37
Sorgo Negro 60.60 67.53 62.65 1.41
King Grass 72.50 54.83 56.08 1.25
Camerún 64.40 60.10 59.12 1.33
Cuba 22 73.20 50.03 53.45 1.17
Modificado de Campos-Granados y Rojas Bourrillón, 2015.1 Valores estimados mediante regresión. NRC 2001.
Datos presentados en III Congreso Nacional Forrajero 2018
Altura
Bajura
Efecto de la concentración de almidón en la dieta sobre la
digestibilidad total del tracto de la FND.
Ferrareto y col. 2013
Concentración de almidón en dieta (%)
Dig
estibili
dad t
ota
l de la M
ate
ria S
eca (
% d
el
consum
o)
Mecanismo de acción de la
α - amilasa
α-amilasa
Aumenta la hidrólisis de almidón a Oligosáridos
Los Oligosacáridos en combinación con
otros nutrientes sirven de sustrato
para el crecimiento del micorbioma
Mejora/Aumenta la degradación de
la F N D, para generar AGV
Respuesta en producción
➢ “Un tanto variables, pero con tendencia consistente”:
✓ Consumo de Materia Seca.
✓ Digestibilidad (FND)
✓ Crecimiento (Ganancia de peso)
✓ Producción de leche.
✓ Composición de la leche.
Resultados de Publicaciones
Efecto aleatorio de las medias estandarizadas para el consumo de
materia seca entre el grupo control para diferentes tipos de enzimas
Arriola y Col. 2017
Journal of Dairy Science Vol. 100. N° 6, 2017
Efecto aleatorio de las medias estandarizadas para producción de leche
entre el grupo control para diferentes tipos de enzimas.
Arriola y Col. 2017
Journal of Dairy Science Vol. 100. N° 6, 2017
Ensayo de campo
α-amilasa
Presencia de grano en heces
Efecto sobre la digestibilidad del
Almidón1
MuestraAlmidón en
HecesDigestibilidad Total
E CSE 0 2.82 96.33
E 01 2.09 97.23
E 02 1.23 98.29
E 03 1.06 98.50
E 04 1.08 98.47
E 05 1.43 98.04
E CSE 06 2.65 96.54
Estimación de Digestibilidad Total del tracto: Fredim S.M 20151 Análisis del almidón residual / amiloglucodidasa
Evaluaciones: Separador de heces
10 % 18 % 72 %
Estartificación Tamaño IdealSemana
Previa
Semana
N° 1
Semana
N° 2
Semana
N° 3
Semana
N° 4
Semana
N° 5
Semana
N° 6
Superior 4.76 < 10 12 14 7 8 10 10 24
Media 2.82 < 20 22 23 24 12 18 20 20
Inferior 1.76 > 50 66 62 69 80 72 70 56
Criba
Consideraciones finales
➢ La suplementación de enzimas exógenas en lasraciones para rumiantes, muestran efectosbeneficiosos en la utilización de los alimentos, y eldesempeño productivo.
➢ Aspectos relacionados a la disponibilidad delforraje como de su cosecha (calidad), así como elprocesamiento térmico de los alimentos y lareducción del desperdicio, deben serconsideraciones prioritarias.
Consideraciones finales
➢ Sin embargo, se recomiendan estudios con especial
énfasis en: la especificidad de la actividad
enzimática, el método de suplementación y la dosis
/ respuesta óptima.
✓ Vacas y estado de Lactancia
✓ Diseño experimental o duración de la prueba
✓ Tipo de enzima
✓ Poder estadístico
✓ Efectos complementarios, sinérgicos y de sustratos
Muchas Gracias.
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